功率转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术获得降低构成功率转换装置的FET的发热、并提高最大输出功率的改良后的功率转换装置。其具有：进行开关动作的2个1组的半导体开关，其中半导体开关由FET1a、FET1b和反并联连接于FET1a、FET1b的回流二极管构成；以及平滑电容器，通过半导体开关的FET1a、FET1b的互补开关动作进行功率转换，这种功率转换装置包括：对流过半导体开关的电流的方向进行检测的电流传感器；以及在流过半导体开关的电流的方向为负时、抽去半导体开关的PWM选通脉冲信号的导通信号的选通脉冲生成部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用场效应晶体管和二极管的功率转换装置。
技术介绍
作为现有的使用宽带隙半导体元件的功率转换装置，存在一种具有2个半导体开关的电压型功率转换装置，其中半导体开关由宽带隙半导体FET(场效应晶体管)和反向并联连接(反并联连接)于上述FET的宽带隙半导体回流二极管构成，且上述2个半导体开关与起到作为电压源作用的电容器相连接。该功率转换装置通过使上述2个半导体开关FET互补地进行开关动作来进行功率转换。相对于硅半导体IGBT和二极管而言，宽带隙半导体FET和二极管可在高温下进行动作，且开关损耗较小。因此，通过用宽带隙半导体来替换硅半导体，从而可减小半导体的 面积，或可简化对半导体进行冷却的冷却器。此外，通过进行高频开关动作，可实现电容器或电抗器等无源元器件的小型化，从而可实现功率转换装置的小型化。使用FET作为半导体开关元件的情况下，可不使用回流二极管，而使用内置寄生于FET中的二极管(体二极管)。但是，由于可通过使用可进行高速动作的肖特基势垒二极管等作为回流二极管来改善开关动作的特性，因此利用回流二极管。此外，在宽带隙半导体即SiC半导体FET中，若体二极管通电，则可预想会因体二极管所进行的双极性动作而导致SiC半导体发生结晶劣化。因此，利用导通电压比体二极管的通电开始电压要低的回流二极管(例如，参照专利文献I)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本国专利特开2007-305836号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题然而，由于在现有的功率转换装置中使用可进行双向通电(从漏极到源极的方向以及从源极到漏极的方向)的FET，因此，在FET的导通状态下，几乎没有电流流过回流二极管，而电流流过导通电压比回流二极管要低的FET。因此，在2个串联连接的半导体开关的FET的互补开关动作中，存在以下问题由于电流在死区时间(dead time)的期间以外流过FET，使得FET发热，因此，FET的温度与回流二极管相比则较高，功率转换装置的最大输出功率受限于FET的温度。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种降低功率转换装置的FET的发热、提高最大输出功率的改良后的功率转换装置。用于解决技术问题的技术手段本专利技术所涉及的功率转换装置具有进行开关动作的2个I组的半导体开关，其中半导体开关由FET和反并联连接于所述FET的回流二极管构成；以及平滑电容器，仅使所述2个I组的半导体开关中的一方通电，通过开关动作进行功率转换，这种电压型的功率转换装置包括对流过所述半导体开关的电流的方向进行检测的单元；以及控制部，该控制部在流过所述半导体开关的电流的方向为负时，使所述半导体开关的PWM选通脉冲信号成为相对于互补选通脉冲信号而抽去了一部分或全部导通信号的选通脉冲信号。专利技术效果若采用本专利技术所涉及的功率转换装置，则当半导体开关的电流的方向为负时，通过对PWM选通脉冲信号(gate signal)进行抽去,从而缩短电流流过FET的期间，而电流流过回流ニ极管的期间相应増加。因此，能増加回流ニ极管的发热但降低FET的发热，能降低FET的温度，能提高功率转换装置的最大输出功率。附图说明 图I是表示本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的结构的电路图。图2是表示使用本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的半桥逆变器的结构的电路图。图3是表示本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的控制部的框图。图4是本专利技术的实施方式I所涉及的FET的电压电流特性图和回流ニ极管的电压电流特性图。图5是表示本专利技术的实施方式I所涉及的半导体开关的电流的图。图6是构成本专利技术的实施方式I所涉及的半导体开关的FET和回流ニ极管的结构图。图7是表示本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的互补开关模式中的动作的波形图。图8是表示本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的抽去开关模式中的动作的波形图。图9是表示使用本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的三相逆变器的结构的电路图。图10是表示使用本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的DC/DC转换器的电路图。图11是表示本专利技术的实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的电路图。具体实施例方式以下，參照附图，对本专利技术所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明。此外，本专利技术并非限于本实施方式，而是包含各种设计变更。实施方式I图I是表示本专利技术的实施方式I所涉及的功率转换装置的主电路和控制部的结构的电路图。实施方式I所涉及的功率转换装置10是具有以下功能的电压型功率转换装置通过I组半导体开关Sla、Slb的互补开关动作，将电压端子VH与电压端子VL之间的直流电压Vl转换成矩形波状的电压并输出到电压端子VMl。在图I中，功率转换装置10包括对直流电压Vl进行平滑化的平滑电容器Cl ；1组半导体开关Sla、Slb ;作为对流过该半导体开关Sla、Slb的电流进行检测的单元的电流传感器CSl ;以及选通脉冲(gate)生成部11。I组半导体开关Sla、Slb由宽带隙半导体FET即FETla、FETlb (以下为了方便说明，简单称作FETla、FETlb)、以及分别与FETla、FETlb反并联连接的回流二极管Dla、Dlb构成。FETla、FETlb分别具有源极端子和漏极端子、以及栅极端子。各回流二极管Dla、Dlb分别具有阳极端子和阴极端子，由肖特基势垒二极管构成。FETla的源极端子与二极管Dla的阳极端子相连接，FETla的漏极端子与二极管Dla的阴极端子相连接。而且，FETlb的源极端子与二极管Dlb的阳极端子相连接，FETlb的漏极端子与二极管Dlb的阴极端子相连接。接着，对功率转换装置10的连接情况进行详细说明 。构成半导体开关Sla的FETla的源极端子与平滑电容器Cl的低压侧端子VL相连接，而FETla的漏极端子与电压端子VMl相连接。此外，构成半导体开关Slb的FETlb的源极端子与电压端子VMl相连接，而FETlb的漏极端子与平滑电容器Cl的高压侧端子VH相连接。此外，由半导体开关Sla、Slb和起到作为电压源作用的平滑电容器Cl来构成电压型功率转换装置10。电压端子VMl与电压端子VMMl相连接，且在电压端子VMl-VMMl之间连接有电流传感器CS1。电流传感器CSl是将从电压端子VMl流到电压端子VMMl的方向的电流作为正向来进行检测的电流传感器。通过开关动作，仅使半导体开关Sla、Slb中的一个导通。因此，当半导体开关Slb导通时，半导体开关Slb的电流等于电流传感器CSl的检测电流。同样地，当半导体开关Sla导通时，半导体开关Sla的电流相对于电流传感器CSl的检测电流而言成为正负反转的电流。此外，当电流传感器CSl的电流为正时，半导体开关Sla导通时的电流为负向，半导体开关Slb导通时的电流为正向。同样地，当电流传感器CSl的电流为负时，半导体开关Sla导通时的电流为正向，半导体开关Slb导通时的电流为负向。换言之，电流传感器CSl不仅对电压端子VMl-VMMl之间的电流进行检测，还起到对半导体开关Sla、Slb的电流进行检测的作用。将构成半导体开关Sla的FETla的栅极端子与栅极驱动电路IOla的输出端子相连接，且向该栅极驱动电路IOla的输入端子输入选通脉冲信号Gla。将构成半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换装置，具有：进行开关动作的2个1组的半导体开关(S1a、S1b)，其中半导体开关由FET(FET1a、FET1b)和反并联连接于所述FET(FET1a、FET1b)的回流二极管(D1a、D1b)构成；以及平滑电容器(C1)，仅使所述2个1组的半导体开关(S1a、S1b)中的一方通电，通过开关动作进行功率转换，这种电压型的功率转换装置(10)的特征在于，包括：对流过所述半导体开关(S1a、S1b)的电流的方向进行检测的单元(CS1)；以及控制部(11)，该控制部(11)在流过所述半导体开关(S1a、S1b)的电流的方向为负时，使所述半导体开关(S1a、S1b)的PWM选通脉冲信号成为对于互补选通脉冲信号、抽去了一部分或全部导通信号的选通脉冲信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：池田又彦，小林胜，森武直纪，三井贵夫，前川博敏，石桥诚治，井出之上慎介，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：